复杂环境下采用多重减振防冲措施能有效控制爆破塌落振动影响的爆破技术

复杂环境下采用多重减振防冲措施能有效控制爆破塌落振动影响的爆破技术

李晓龙

中国核工业第二二建设有限公司，湖北武汉430000；

摘  要： 本文结合国能双鸭山发电有限公司180米高烟囱爆破拆除工程成功案例，在发电厂复杂环境下对180米高烟囱实施爆破时，如何对周边厂房建筑，运行车间的振动控制要求，相邻运行机组的安全振动控制要求限制下；采用开挖多条减震沟，并将挖出的土在减震沟背离两侧敷设缓/防冲土墙，并在缓冲土墙顶宽平台上均匀铺设一层土袋以增加与烟囱接触时土墙的缓冲效果，能有效降振、防冲、防止二次飞溅；并对爆破振动进行监测，数据进行总结分析，减振效果较好，采用的多重减振防冲措施可为类似工程提供参考。

关键词：多重减振防冲措施；复杂环境；爆破塌落振动；

前言

烟囱在爆破拆除时会产生较大的爆破塌落振动。爆破塌落振动的危害往往十分巨大，尤其在周边环境复杂的情况下，距离爆破烟囱地点较近的建筑物、厂房、车间、运行的机组爆破塌落振动的影响会导致厂房损坏，车间重要设备损坏，运动机组停运等风险的发生。因此，研究在复杂环境下采用多重减振防冲措施来控制塌落振动是非常必要的。

本文通过分析国能双鸭山电厂180米高烟囱的爆破拆除工程实例，论述该项目施工中采用多重减振防冲大的具体措施、爆破塌落振动的测试及相关效果。论证了复杂环境下采用多重减振防冲措施能有效控制爆破塌落振动的影响，保证了周边建筑物、厂房、车间和相邻运行机组的绝对安全。

1 工程概况

国能双鸭山发电有限公司位于黑龙江三江平原的东南端，始建于1984年，至今已有近38年的历史。随着国家的节能减排的政策实施，双鸭山发电公司决定关停1座180m高的烟囱，在原址上新建光伏发电项目。

1.1烟囱结构

待拆除烟囱高180m，为钢筋混凝土结构，两个烟道口，烟道口与东西方西轴线夹角45°，烟道口宽5.0m，高8m。

烟囱底部外直径24.74m，壁厚0.5m，无隔热层和内衬；标高20m处外直径21.14m，壁厚0.5m，隔热层厚0.08m，内衬耐火砖厚0.24m；标高100m处外直径10.34m，壁厚0.26m隔热层为空气层0.05m，内衬耐火砖厚0.12m。

标高20.0m至180m范围内，筒体混凝土体积1800.62m3，隔热层为珍珠岩密度较低忽略重量，内衬耐火砖体积752.53m3；混凝土密度2500kg/m3，内衬（耐火砖）密度按1800kg/m3进行计算，标高20m至180m范围内烟囱自重5856.1t，重心高度约90m。

标高100.0m至180m范围内，筒体混凝土体积444.86m3，隔热层为珍珠岩密度较低忽略重量，内衬耐火砖体积230.34m3；混凝土密度2500kg/m3，内衬（耐火砖）密度按1800kg/m3进行计算，标高100m至180m范围内烟囱自重1526.7t，重心高度约130m。

1.2周围环境

烟囱东北侧70米为汽机分产办公楼，东南侧170米为煤场龙门吊及轨道、煤场防尘护栏，西侧400米为5#、6#机组汽轮机房，180米为尿素水解车间，北侧228米为电厂办公楼。烟囱爆破区周围环境十分复杂，具体环境情况图见图1。

                         图1： 烟囱周围环境图

2烟囱爆破设计

烟囱倒塌方向确定为朝向正南方向2#冷却塔中心方向。爆破切口采用下边界定于20.5m处正梯形爆破切口，爆破切口弧长38.4m，其对应的圆心角208.1°；切口高度2.45m。定向窗长2.1m，高1.21m，底角为30°，具体布置见图2所示。

图2  烟囱爆破切口尺寸示意图

为了降低单段起爆药量，提高爆破效果，本工程采用电子数码雷管分区分段进行爆破，从倒塌中心向两侧依次分段起爆。详见图3炮孔布置及爆区划分示意图及表1所示。

图3  炮孔布置及爆区划分示意图

表1  切口爆破参数汇总表

3烟囱爆破多重减振防冲措施

考虑烟囱倒塌的特点，在其倒塌方向开挖多条减震沟（沟宽2m深2m），并将挖出的土在减震沟背离两侧敷设缓/防冲土墙（墙高可达3m，底宽不低于3m，顶宽不低于1m，土内不应有石块等易飞溅物），并在缓冲土墙顶宽1m平台上均匀铺设一层土袋以增加与烟囱接触时土墙的缓冲效果，或者覆上松土，在土墙上使用土工布或者草帘覆盖一层，可有效降振、防冲、防止二次飞溅。烟囱头部触地位置产生的空气冲击波较强，通常将烟囱头部的冲击波挡在防冲土墙内。

图4  180米烟囱减震防冲措施布置设计示意图

具体减震防冲措施施工如下：靠近尿素水解间8米处，地面上挖开一条1米宽、2米深，长度100米的减振沟，在土堆上局部搭设彩钢瓦进行防护，防止烟囱倒塌时，产生的冲击波冲击到尿素水解间厂房。对西侧一期零排放管道采用土堤近体防护。烟囱爆破时在其倒塌方向开挖长为

20-30m的四道减振沟，填筑4道缓/防冲土堤并覆盖草帘，爆破缺口处的防护措施采用2层草帘加1层铁丝网。

4振动监测数据

烟囱爆破前在尿素水解车间墙角布置振动监测点1，运行5#、6#机组汽轮机房墙角布置监测点2。采用TC-4850N爆破振动仪采集数据。采集的振动数据见表2烟囱爆破振动监测结果

图5  烟囱塌落振动监测点1号波形图

图6  烟囱塌落振动监测点2波形图

从表2的数据统计和图5图6的爆破塌落振动波形图，可以得知采用多重减振防冲措施能将振动数值控制在允许范围之内，证明减振措施安全可行，效果明显。

5烟囱爆破塌落振动监测分析

塌落振动计算先按照现场实际参数进行验算过程：

——爆破拆除后建（构）筑物塌落触地引起的质点峰值振动速度；M——建（构）筑物塌落体的质量，本工程中取烟囱重量M=5856.1t；g——重力加速度，10m/s2；H——塌落体重心所在的高度，本工程中烟囱重心高度90m；σ——建筑物爆破后解体混凝土构件的破坏强度，一般取10MPa；R——震中距烟囱塌落中心等效位置位于烟囱倒塌方向100米。Kt、β为塌落振动主振波形峰值振速的衰减系数和指数，取Kt=3.37～4.09、衰减指数β= -1.66～ -1.80，烟囱采用减震沟和减震土墙时衰减系数Kt为烟囱的1/3～1/2，保守取Kt=2.0，β= -1.66。

烟囱西侧尿素水解车间震中距为125米，计算=0.9cm/s，实测最大值为0.59cm/s，小于工业和商业建筑物2.5-3.5cm/s，处于运行中的水电站及发电厂中心控制室设备的震动要求0.5-0.6cm/s允许范围之内。

烟囱距离600MW机组主厂房震中距350米，计算=0.17cm/s，实测最大值为0.18cm/s。满足运行中的水电站及发电厂中心控制室设备的震动要求0.5-0.6cm/s。

通过180米烟囱爆破之后采集的振动数据分析，可以得出在距离最近的尿素水解车间，根据振动公式计算理论振动值0.9cm/s，已经高于运行中的水电站及发电厂中心控制室设备的振动要求0.5-0.6cm/s允许标准的临界值，可想而知如果没有采取针对烟囱爆破产生的塌落振动多重减振措施，爆破之后振动值势必将会超越0.6cm/s的临界值，还将远远大于0.9cm/s理论计算值，造成水解车间设备停运的事故和运行机组停运事故的发生，将造成不可挽回的巨大损失。

烟囱爆破其倒塌方向开挖20-30m长的四道减震沟（沟宽1m深3m），并将挖出的土在减震沟背离两侧敷设共4道缓/防冲土墙（墙高不低于3m，底宽不低于3m，顶宽不低于1m，土内不应有石块等易飞溅物），并在缓冲土墙顶宽1m平台上均匀铺设一层土袋以增加与烟囱接触时土墙的缓冲效果，可有效降振、防冲。烟囱头部触地位置位于2#冷却塔环形池内，将池内地基做软化处理并在东南半圈水池依托池壁外侧堆高3m防冲土墙，将头部的冲击波挡在水池与防冲土墙内侧。除此之外，在靠近600MW机组厂房与烟囱倒塌区域之间、煤场与冷却塔之间、烟囱倒塌区域与供热管道（即汽机分场办公楼）之间分别开挖减震沟，宽1m深2.5-3m，翻出土方做防冲土墙。在靠近尿素水解间8米处，地面上挖开一条1米宽、2米深，长度100米的减振沟，在土堆上局部搭设彩钢瓦进行防护，防止烟囱倒塌时，产生的冲击波冲击到尿素水解间厂房的措施下，将振动最大值控制在0.59cm/s处于发电厂中心控制室设备的振动要求0.5-0.6cm/s允许标准范围之内。

6总结

   随着新时代的发展，国家日趋对环境保护的重视，节能减排的大环境下，我国关停的各种火电厂将越来越多，爆破拆除工程所处环境越发复杂。本论文目的在于论述在爆破环境十分复杂的情况下进行施工，通过现场实际环境情况，经过精确计算从理论上得出爆破塌落振动的实际影响，通过采用多重的减振防冲措施，上述成功的爆破工程案列证明了在复杂环境下的高耸烟囱爆破拆除时，采取多条减振沟，缓冲土堤，防冲墙同时增大沟深沟宽，提高缓冲土堤高度和松散程度，加盖防二次飞溅的材料，完全可以有效的降低爆破塌落振动和防止冲击波的危害。将爆破危害效应控制在要求范围之内，避免给周围建构筑物、设备等造成损坏从而导致巨大的经济损失。确保相邻运行机组，运行车间厂房的绝对安全，并为类似爆破拆除工程提供参考依据。

                               【参考文献】

[1]韩芳,钟冬望,陈德志.210米高烟囱爆破拆除触地振动控制措施研究[J].工程爆破,2013,(8):30-33.

[2]罗先南，方向，谭雪刚.180m烟囱爆破拆除减振技术与振动分析[J].工程爆破,2009,(6):92-95.

[3]中华人民共和国国家标准.爆破安全规程（GB6722-2014）[S].